(conductivitate electron-gaura). Uneori, curentul electric este numit și curent de deplasare, care apare ca urmare a unei modificări a câmpului electric în timp.

Curentul electric are următoarele manifestări:

YouTube enciclopedic

1 / 5

✪ CURENTUL ELECTRIC puterea curentului FIZICA clasa a VIII-a

✪ Curent electric

✪ #9 Curent electric și electroni

✪ Ce este curentul electric [Amateur Radio TV 2]

✪ CE SE ÎNTÂMPLĂ DACĂ O ELECTRICĂ

Subtitrări

Clasificare

Dacă particulele încărcate se mișcă în interiorul corpurilor macroscopice în raport cu un anumit mediu, atunci un astfel de curent se numește electric curent de conducere. Dacă corpurile încărcate macroscopice (de exemplu, picăturile de ploaie încărcate) se mișcă, atunci acest curent este numit convecție .

Există curenți electrici continui și alternativi, precum și diferite tipuri de curent alternativ. În astfel de concepte, cuvântul „electric” este adesea omis.

• Curent continuu - un curent a cărui direcție și magnitudine nu se modifică în timp.

Curenți turbionari

Curenții turbionari (curenții Foucault) sunt „curenți electrici închisi într-un conductor masiv care apar atunci când fluxul magnetic care îl pătrunde se modifică”, prin urmare, curenții turbionari sunt curenți induși. Cu cât fluxul magnetic se modifică mai repede, cu atât curenții turbionari sunt mai puternici. Curenții turbionari nu curg de-a lungul unor căi specifice în fire, dar când se închid în conductor, formează circuite asemănătoare vortexului.

Existența curenților turbionari duce la efectul de piele, adică la faptul că curentul electric alternativ și fluxul magnetic se propagă în principal în stratul superficial al conductorului. Încălzirea conductoarelor prin curenți turbionari duce la pierderi de energie, în special în nucleele bobinelor AC. Pentru a reduce pierderile de energie din cauza curenților turbionari, se utilizează împărțirea circuitelor magnetice de curent alternativ în plăci separate, izolate între ele și situate perpendicular pe direcția curenților turbionari, ceea ce limitează contururile posibile ale traseelor ​​lor și reduce foarte mult amploarea aceste curente. La frecvențe foarte mari, în locul feromagneților, pentru circuitele magnetice se folosesc magnetodielectrici, în care, din cauza rezistenței foarte mari, practic nu apar curenți turbionari.

Caracteristici

Istoric se acceptă că sensul curentului coincide cu direcția de mișcare a sarcinilor pozitive în conductor. Mai mult, dacă singurii purtători de curent sunt particule încărcate negativ (de exemplu, electroni dintr-un metal), atunci direcția curentului este opusă direcției de mișcare a particulelor încărcate. .

Viteza de deriva a electronilor

Rezistența la radiații este cauzată de formarea undelor electromagnetice în jurul unui conductor. Această rezistență depinde în mod complex de forma și dimensiunea conductorului și de lungimea undei emise. Pentru un singur conductor drept, în care peste tot curentul este de aceeași direcție și putere, iar lungimea L este semnificativ mai mică decât lungimea undei electromagnetice emise de acesta λ (\displaystyle \lambda), dependența rezistenței de lungimea de undă și conductor este relativ simplă:

R = 3200 (L λ) (\displaystyle R=3200\left((\frac (L)(\lambda ))\right))

Curentul electric cel mai frecvent utilizat cu o frecvență standard de 50 Hz corespunde unei unde cu lungimea de aproximativ 6 mii de kilometri, motiv pentru care puterea de radiație este de obicei neglijabilă în comparație cu puterea pierderilor termice. Cu toate acestea, pe măsură ce frecvența curentului crește, lungimea undei emise scade, iar puterea radiației crește în consecință. Un conductor capabil să emită energie vizibilă se numește antenă.

Frecvență

Conceptul de frecvență se referă la un curent alternativ care schimbă periodic puterea și/sau direcția. Acesta include și curentul cel mai frecvent utilizat, care variază în funcție de o lege sinusoidală.

Perioada AC este cea mai scurtă perioadă de timp (exprimată în secunde) prin care se repetă modificările curentului (și tensiunii). Numărul de perioade efectuate de curent pe unitatea de timp se numește frecvență. Frecvența este măsurată în herți, cu un hertz (Hz) corespunzător unui ciclu pe secundă.

Curent de polarizare

Uneori, pentru comoditate, este introdus conceptul de curent de deplasare. În ecuațiile lui Maxwell, curentul de deplasare este prezent la drepturi egale cu curent cauzat de mişcarea sarcinilor. Intensitate camp magnetic depinde de curentul electric total, egal cu suma curentului de conducție și a curentului de deplasare. Prin definiție, densitatea curentului de polarizare j D → (\displaystyle (\vec (j_(D))))- mărime vectorială proporţională cu viteza de modificare a câmpului electric E → (\displaystyle (\vec (E))) la timp:

j D → = ∂ E → ∂ t (\displaystyle (\vec (j_(D)))=(\frac (\partial (\vec (E)))(\partial t)))

Cert este că atunci când câmpul electric se modifică, precum și atunci când curge curent, se generează un câmp magnetic, care face ca aceste două procese prieten asemanator pe un prieten. În plus, o modificare a câmpului electric este de obicei însoțită de un transfer de energie. De exemplu, la încărcarea și descărcarea unui condensator, în ciuda faptului că nu există nicio mișcare a particulelor încărcate între plăcile sale, se vorbește despre un curent de deplasare care curge prin el, transferând o anumită energie și închidend circuitul electric într-un mod unic. Curent de polarizare eu D (\displaystyle I_(D))într-un condensator este determinată de formula:

Eu D = d Q d t = - C d U d t (\displaystyle I_(D)=(\frac ((\rm (d))Q)((\rm (d))t))=-C(\frac ( (\rm (d))U)((\rm (d))t))),

Unde Q (\displaystyle Q)- încărcare pe plăcile condensatorului, U (\displaystyle U)- diferența de potențial dintre plăci, C (\displaystyle C)- capacitatea condensatorului.

Curentul de deplasare nu este un curent electric deoarece nu este asociat cu mișcarea unei sarcini electrice.

Principalele tipuri de conductori

Spre deosebire de dielectrici, conductorii conțin purtători liberi de sarcini necompensate, care, sub influența unei forțe, de obicei o diferență de potențial electric, se mișcă și creează un curent electric. Caracteristica curent-tensiune (dependența curentului de tensiune) este cea mai importantă caracteristică a unui conductor. Pentru conductoare metalice și electroliți are cea mai simpla forma: Curentul este direct proporțional cu tensiunea (legea lui Ohm).

Metale - aici purtătorii de curent sunt electronii de conducție, care sunt de obicei considerați ca un gaz de electroni, prezentând în mod clar proprietățile cuantice ale unui gaz degenerat.

Plasma este un gaz ionizat. Sarcina electrică este transferată de ioni (pozitivi și negativi) și electroni liberi, care se formează sub influența radiațiilor (ultraviolete, raze X și altele) și (sau) încălzirii.

Electroliții sunt „substanțe și sisteme lichide sau solide în care ionii sunt prezenți în orice concentrație vizibilă, provocând trecerea curentului electric”. Ionii se formează prin procesul de disociere electrolitică. La încălzire, rezistența electroliților scade din cauza creșterii numărului de molecule descompuse în ioni. Ca urmare a trecerii curentului prin electrolit, ionii se apropie de electrozi și sunt neutralizați, depunându-se pe aceștia. Legile lui Faraday ale electrolizei determină masa unei substanțe eliberate pe electrozi.

Există, de asemenea, un curent electric de electroni în vid, care este utilizat în dispozitivele cu fascicul de electroni.

Curenții electrici în natură

Curentul electric este folosit ca purtător de semnale de diferite complexități și tipuri în diferite zone (telefon, radio, panou de control, buton încuietoareși așa mai departe).

În unele cazuri, apar curenți electrici nedoriți, cum ar fi curenții paraziți sau curenții de scurtcircuit.

Utilizarea curentului electric ca purtător de energie

• obținerea energiei mecanice în toate tipurile de motoare electrice,
• obținerea energiei termice în dispozitive de încălzire, cuptoare electrice, în timpul sudării electrice,
• obținerea energiei luminoase în dispozitivele de iluminat și semnalizare,
• entuziasm vibratii electromagnetice frecvență înaltă, frecvență ultra înaltă și unde radio,
• receptie sunet,
• obţinerea diverselor substanţe prin electroliză, încărcarea bateriilor electrice. Aici energia electromagnetică este transformată în energie chimică,
• crearea unui câmp magnetic (în electromagneți).

Utilizarea curentului electric în medicină

• diagnostic - biocurenții organelor sănătoase și bolnave sunt diferite și este posibil să se determine boala, cauzele acesteia și să se prescrie tratamentul. Ramură a fiziologiei care studiază fenomene electriceîn organism se numește electrofiziologie.
  • Electroencefalografia este o metodă de studiere a stării funcționale a creierului.
  • Electrocardiografia este o tehnică de înregistrare și studiere a câmpurilor electrice în timpul activității cardiace.
  • Electrogastrografia este o metodă de studiere a activității motorii a stomacului.
  • Electromiografia este o metodă de studiere a potențialelor bioelectrice care apar în mușchii scheletici.
• Tratament și resuscitare: stimularea electrică a anumitor zone ale creierului; tratamentul bolii Parkinson și al epilepsiei, de asemenea, pentru electroforeză. Un stimulator cardiac care stimulează mușchiul inimii cu un curent pulsat este utilizat pentru bradicardie și alte aritmii cardiace.

siguranta electrica

Include măsuri legale, socio-economice, organizatorice și tehnice, sanitare și igienice, de tratament și preventive, de reabilitare și alte măsuri. Regulile de siguranță electrică sunt reglementate prin documente legale și tehnice, cadru normativ și tehnic. Cunoașterea elementelor de bază ale siguranței electrice este obligatorie pentru personalul care deservește instalațiile electrice și echipamentele electrice. Corpul uman este un conductor de curent electric. Rezistența umană cu pielea uscată și intactă variază de la 3 la 100 kOhm.

Un curent care trece printr-un corp uman sau animal produce următoarele efecte:

• termice (arsuri, încălzire și deteriorarea vaselor de sânge);
• electrolitic (descompunerea sângelui, perturbarea compoziției fizice și chimice);
• biologic (iritarea și excitarea țesuturilor corpului, convulsii)
• mecanică (ruperea vaselor de sânge sub influența presiunii aburului obținute prin încălzire prin fluxul sanguin)

Principalul factor care determină rezultatul șocului electric este cantitatea de curent care trece prin corpul uman. Conform normelor de siguranță, curentul electric este clasificat după cum urmează:

• sigur se consideră un curent, al cărui trecere lungă prin corpul uman nu îi dăunează și nu provoacă senzații valoarea sa nu depășește 50 μA (curent alternativ 50 Hz) și 100 μA; curent continuu;
• minim vizibile curentul alternativ uman este de aproximativ 0,6-1,5 mA (curent alternativ de 50 Hz) și curent continuu de 5-7 mA;
• prag nu dau drumul se numește curentul minim de o astfel de putere încât o persoană nu mai poate să-și rupă mâinile de partea care transportă curent prin forța voinței. Pentru curent alternativ este de aproximativ 10-15 mA, pentru curent continuu este de 50-80 mA;
• pragul de fibrilație numită intensitate a curentului alternativ (50 Hz) de aproximativ 100 mA și 300 mA curent continuu, expunerea la care mai mult de 0,5 s este probabil să provoace fibrilație a mușchilor cardiaci. Acest prag este, de asemenea, considerat condițional fatal pentru oameni.

În Rusia, în conformitate cu Regulile pentru funcționarea tehnică a instalațiilor electrice ale consumatorilor și cu Regulile pentru siguranța muncii în timpul exploatării instalațiilor electrice, au fost stabilite 5 grupuri de calificare pentru securitatea electrică, în funcție de calificările și experiența angajatului și tensiunea instalatiilor electrice.

În conductoare, în anumite condiții, poate apărea o mișcare continuă ordonată a purtătorilor liberi de sarcină electrică. Această mișcare se numește soc electric. Direcția de mișcare a sarcinilor libere pozitive este luată ca direcție a curentului electric, deși în majoritatea cazurilor electronii - particule încărcate negativ - se mișcă.

Măsura cantitativă a curentului electric este puterea curentului eu– mărime fizică scalară egală cu raportul de sarcină q, transferat prin secțiunea transversală a conductorului pe un interval de timp t, la acest interval de timp:

Dacă curentul nu este constant, atunci pentru a afla cantitatea de sarcină trecută prin conductor, calculați aria figurii sub graficul curentului în funcție de timp.

Dacă puterea curentului și direcția sa nu se schimbă în timp, atunci se numește un astfel de curent permanent. Puterea curentului este măsurată de un ampermetru, care este conectat în serie la circuit. ÎN Sistemul internațional Unitățile SI de curent sunt măsurate în amperi [A]. 1 A = 1 C/s.

Se găsește ca raport dintre sarcina totală și întregul timp (adică, conform aceluiași principiu ca viteza medie sau orice altă valoare medie în fizică):

Dacă curentul variază uniform în timp de la valoare eu 1 pentru a evalua eu 2, atunci valoarea medie a curentului poate fi găsită ca medie aritmetică a valorilor extreme:

Densitatea curentă– curentul pe unitate de secțiune transversală a conductorului se calculează prin formula:

Când curentul trece printr-un conductor, curentul experimentează rezistență din partea conductorului. Motivul rezistenței este interacțiunea sarcinilor cu atomii substanței conductoare și între ei. Unitatea de rezistență este de 1 ohm. Rezistența conductorului R determinat de formula:

Unde: l- lungimea conductorului, S- aria secțiunii sale transversale, ρ – rezistenta specifica a materialului conductor (atentie sa nu confundati aceasta din urma valoare cu densitatea substantei), care caracterizeaza capacitatea materialului conductor de a rezista la trecerea curentului. Adică, aceasta este aceeași caracteristică a unei substanțe ca multe altele: căldura specifică, densitatea, punctul de topire etc. Unitate rezistivitate 1 Ohm m. Rezistența specifică a unei substanțe este o valoare tabelară.

Rezistența unui conductor depinde și de temperatura acestuia:

Unde: R 0 – rezistența conductorului la 0°C, t– temperatura exprimată în grade Celsius, α – coeficientul de rezistență la temperatură. Este egal cu modificarea relativă a rezistenței cu o creștere a temperaturii cu 1°C. Pentru metale este întotdeauna mai mare decât zero, pentru electroliți, dimpotrivă, este întotdeauna mai mică decât zero.

Diodă în circuit DC

Dioda este un element de circuit neliniar a cărui rezistență depinde de direcția curgerii curentului. Dioda este desemnată după cum urmează:

Săgeata din simbolul schematic al unei diode arată în ce direcție trece curentul. În acest caz, rezistența sa este zero, iar dioda poate fi înlocuită pur și simplu cu un conductor cu rezistență zero. Dacă curentul trece prin diodă în direcția opusă, atunci dioda are o rezistență infinit de mare, adică nu trece curentul deloc și este un circuit deschis. Apoi, secțiunea circuitului cu dioda poate fi pur și simplu tăiată, deoarece nu trece curent prin ea.

Legea lui Ohm. Conectarea în serie și paralelă a conductoarelor

Fizicianul german G. Ohm în 1826 a stabilit experimental că puterea actuală eu, care curge de-a lungul unui conductor metalic omogen (adică un conductor în care nu acționează forțe externe) cu rezistență R, proporțional cu tensiunea U la capetele conductorului:

mărimea R numit de obicei rezistență electrică . Un conductor cu rezistență electrică se numește rezistor. Acest raport exprimă Legea lui Ohm pentru o secțiune omogenă a unui lanț: Curentul dintr-un conductor este direct proportional cu tensiunea aplicata si invers proportional cu rezistenta conductorului.

Conductorii care respectă legea lui Ohm se numesc liniar. Dependența grafică a puterii curentului eu de la tensiune U(astfel de grafice se numesc caracteristici curent-tensiune, abreviat ca VAC) este reprezentat de o linie dreaptă care trece prin originea coordonatelor. Trebuie remarcat faptul că există multe materiale și dispozitive care nu respectă legea lui Ohm, de exemplu, o diodă semiconductoare sau o lampă cu descărcare în gaz. Chiar și pentru conductorii metalici, la curenți suficient de mari, se observă o abatere de la legea liniară a lui Ohm, deoarece rezistența electrică a conductorilor metalici crește odată cu creșterea temperaturii.

Conductoarele din circuitele electrice pot fi conectate în două moduri: serie și paralele. Fiecare metodă are propriile reguli.

1. Regularități ale conexiunii seriale:

Formula pentru rezistența totală a rezistențelor conectate în serie este valabilă pentru orice număr de conductori. Dacă circuitul este conectat în serie n rezistențe identice R, apoi rezistența totală R 0 se gaseste prin formula:

2. Modele conexiune paralelă:

Formula pentru rezistența totală a rezistențelor conectate în paralel este valabilă pentru orice număr de conductori. Dacă circuitul este conectat în paralel n rezistențe identice R, apoi rezistența totală R 0 se gaseste prin formula:

Instrumente electrice de măsură

Pentru a măsura tensiunile și curenții în circuitele electrice de curent continuu, se folosesc instrumente speciale - voltmetreȘi ampermetre.

Voltmetru conceput pentru a măsura diferența de potențial aplicată la bornele sale. Este conectat în paralel cu secțiunea circuitului pe care se măsoară diferența de potențial. Orice voltmetru are o anumită rezistență internă R B. Pentru ca voltmetrul să nu introducă o redistribuire vizibilă a curenților atunci când este conectat la circuitul măsurat, rezistența sa internă trebuie să fie mare în comparație cu rezistența secțiunii circuitului la care este conectat.

Ampermetru conceput pentru a măsura curentul într-un circuit. Ampermetrul este conectat în serie la un circuit deschis, astfel încât întregul curent măsurat să treacă prin el. Ampermetrul are și o oarecare rezistență internă R A. Spre deosebire de un voltmetru, rezistența internă a unui ampermetru trebuie să fie destul de mică în comparație cu rezistența totală a întregului circuit.

EMF. Legea lui Ohm pentru un circuit complet

Pentru existența curentului continuu, este necesar să existe un dispozitiv într-un circuit electric închis, care este capabil să creeze și să mențină diferențe de potențial în secțiuni ale circuitului datorită muncii forțelor de origine neelectrostatică. Se numesc astfel de dispozitive Surse DC. Sunt numite forțe de origine neelectrostatică care acționează asupra purtătorilor de sarcină liberi din surse de curent forțe exterioare.

Natura forțelor externe poate varia. În celulele galvanice sau bateriile apar ca rezultat al proceselor electrochimice în generatoarele de curent continuu, forțele externe apar atunci când conductorii se mișcă într-un câmp magnetic; Sub influența forțelor externe, sarcinile electrice se deplasează în interiorul sursei de curent împotriva forțelor câmpului electrostatic, datorită cărora un curent electric constant poate fi menținut într-un circuit închis.

Când sarcinile electrice se deplasează de-a lungul unui circuit de curent continuu, forțele externe care acționează în interiorul surselor de curent efectuează lucru. Cantitate fizica, egal cu raportul de lucru A st forțe externe la deplasarea unei sarcini q de la polul negativ al sursei de curent la polul pozitiv se numește mărimea acestei sarcini forță electromotoare sursă (EMF):

Astfel, EMF este determinată de munca efectuată de forțele externe atunci când se deplasează o singură sarcină pozitivă. Forța electromotoare, ca și diferența de potențial, se măsoară în volți (V).

Legea lui Ohm pentru un circuit complet (închis): Puterea curentului într-un circuit închis este egală cu forța electromotoare a sursei împărțită la rezistența totală (internă + externă) a circuitului:

Rezistenţă r– rezistența internă (proprie) a sursei de curent (depinde de structura interna sursă). Rezistenţă R– rezistența la sarcină (rezistența circuitului extern).

Căderea de tensiune în circuitul externîn acest caz este egal (se mai numește tensiune la bornele sursei):

Este important să înțelegeți și să rețineți: EMF și rezistența internă a sursei de curent nu se modifică atunci când sunt conectate diferite sarcini.

Dacă rezistența de sarcină este zero (sursa se închide pe sine) sau este mult mai mică decât rezistența sursei, atunci circuitul va curge scurt circuit:

Curent de scurtcircuit - curentul maxim din care se poate obține această sursă cu forță electromotoare ε și rezistență internă r. Pentru sursele cu rezistență internă scăzută, curentul de scurtcircuit poate fi foarte mare și poate provoca distrugerea circuitului sau sursei electrice. De exemplu, bateriile plumb-acid utilizate în automobile pot avea curenți de scurtcircuit de câteva sute de amperi. Deosebit de periculos scurtcircuiteîn reţelele de iluminat alimentate de la substaţii (mii de amperi). Pentru a evita efectele distructive ale unor astfel de curenți mari, siguranțele sau întreruptoarele speciale sunt incluse în circuit.

Mai multe surse de EMF în circuit

Daca este o mai multe EMF conectate în serie, Acea:

1. Cu conexiunea corectă (polul pozitiv al unei surse este conectat la polul negativ al alteia) sursele sunt conectate, EMF totală a tuturor surselor și rezistența lor internă pot fi găsite folosind formulele:

De exemplu, o astfel de conexiune a surselor se realizează în console telecomandă, camere foto și alte aparate de uz casnic alimentate cu mai multe baterii.

2. Dacă sursele sunt conectate incorect (sursele sunt conectate prin aceiași poli), EMF și rezistența lor totală sunt calculate folosind formulele:

În ambele cazuri, rezistența totală a surselor crește.

La conexiune paralelă Este logic să conectați sursele numai cu același EMF, altfel sursele se vor descărca unele către altele. Astfel, EMF total va fi același cu EMF-ul fiecărei surse, adică cu o conexiune paralelă nu vom obține o baterie cu un EMF mare. Acest lucru reduce rezistența internă a bateriei sursei, ceea ce vă permite să obțineți mare putere curent și putere în circuit:

Acesta este sensul conexiunii paralele a surselor. În orice caz, atunci când rezolvați probleme, trebuie mai întâi să găsiți EMF total și rezistența internă totală a sursei rezultate, apoi scrieți legea lui Ohm pentru circuitul complet.

Muncă și putere curentă. Legea Joule-Lenz

Loc de munca A curent electric eu care curge printr-un conductor staționar cu rezistență R, se transformă în căldură Q, remarcandu-se pe dirijor. Această muncă poate fi calculată folosind una dintre formule (ținând cont de legea lui Ohm, toate decurg una de la alta):

Legea conversiei muncii curentului în căldură a fost stabilită experimental independent una de alta de J. Joule și E. Lenz și se numește Legea Joule-Lenz. Puterea curentului electric egal cu raportul de lucru curent A la intervalul de timp Δ t, pentru care s-a făcut această lucrare, deci poate fi calculată folosind următoarele formule:

Lucrarea curentului electric în SI, ca de obicei, este exprimată în jouli (J), puterea - în wați (W).

Bilanțul energetic în circuit închis

Să considerăm acum un circuit complet de curent continuu format dintr-o sursă cu o forță electromotoare ε și rezistență internă r si o zona externa omogena cu rezistenta R. În acest caz, puterea utilă sau puterea eliberată în circuitul extern:

Puterea utilă maximă posibilă a sursei se realizează dacă R = r si este egal cu:

Dacă, atunci când este conectat la aceeași sursă de curent cu rezistențe diferite R 1 și R Le sunt alocate 2 puteri egale, apoi rezistența internă a acestei surse de curent poate fi găsită prin formula:

Pierdere de putere sau putere în interiorul sursei de curent:

Puterea totală dezvoltată de sursa de curent:

Eficiența sursei curente:

Electroliză

Electroliții Se obișnuiește să se numească medii conductoare în care fluxul de curent electric este însoțit de transferul de materie. Purtătorii de sarcini libere în electroliți sunt ionii încărcați pozitiv și negativ. Electroliții includ mulți compuși metalici cu metaloizi în stare topită, precum și unele solide. Cu toate acestea, principalii reprezentanți ai electroliților utilizați pe scară largă în tehnologie sunt soluțiile apoase de acizi anorganici, săruri și baze.

Trecerea curentului electric prin electrolit este însoțită de eliberarea unei substanțe pe electrozi. Acest fenomen se numește electroliză.

Curentul electric din electroliți reprezintă mișcarea ionilor ambelor semne în direcții opuse. Ionii pozitivi se deplasează spre electrodul negativ ( catod), ioni negativi – la electrodul pozitiv ( anod). Ionii ambelor semne apar în soluții apoase de săruri, acizi și alcalii ca urmare a divizării unor molecule neutre. Acest fenomen se numește disociere electrolitică.

Legea electrolizei a fost stabilit experimental de către fizicianul englez M. Faraday în 1833. legea lui Faraday determină cantitatea de produse primare eliberate pe electrozi în timpul electrolizei. Deci, masa m substanța eliberată pe electrod este direct proporțională cu sarcina Q trecut prin electrolit:

mărimea k numit echivalent electrochimic. Poate fi calculat folosind formula:

Unde: n– valența substanței, N A – constanta lui Avogadro, M – Masă molară substante, e– sarcina elementara. Uneori este introdusă și următoarea notație pentru constanta lui Faraday:

Curentul electric în gaze și vid

Curentul electric în gaze

ÎN conditii normale gazele nu conduc electricitatea. Acest lucru se explică prin neutralitatea electrică a moleculelor de gaz și, în consecință, absența purtătorilor de sarcină electrică. Pentru ca un gaz să devină conductor, unul sau mai mulți electroni trebuie îndepărtați din molecule. Apoi vor apărea purtători de sarcină liberi - electroni și ioni pozitivi. Acest proces se numește ionizarea gazelor.

Moleculele de gaz pot fi ionizate prin influență externă - ionizator. Ionizatorii pot fi: un flux de lumină, raze X, un flux de electroni sau α -particule Moleculele de gaz devin, de asemenea, ionizate atunci când temperatura ridicata. Ionizarea duce la apariția purtătorilor de sarcină liberi în gaze - electroni, ioni pozitivi, ioni negativi (un electron combinat cu o moleculă neutră).

Dacă creați un câmp electric în spațiul ocupat de un gaz ionizat, atunci purtătorii de sarcină electrică vor intra în mișcare ordonată - așa apare un curent electric în gaze. Dacă ionizatorul nu mai funcționează, gazul devine din nou neutru, așa cum este recombinare– formarea atomilor neutri de către ioni și electroni.

Curentul electric în vid

Vidul este gradul de rarefacție al unui gaz la care putem neglija ciocnirea dintre moleculele sale și presupunem că lungime medie calea liberă depășește dimensiunile liniare ale vasului în care se află gazul.

Curentul electric în vid este conductivitatea intervalului interelectrod în stare de vid. Există atât de puține molecule de gaz încât procesele lor de ionizare nu pot furniza numărul de electroni și ioni care sunt necesari pentru ionizare. Conductivitatea intervalului interelectrod în vid poate fi asigurată numai cu ajutorul particulelor încărcate apărute ca urmare a fenomenelor de emisie pe electrozi.

• Înapoi
• Redirecţiona

Cum să te pregătești cu succes pentru CT în fizică și matematică?

Pentru a vă pregăti cu succes pentru CT în fizică și matematică, printre altele, este necesar să îndepliniți trei condiții cele mai importante:

1. Studiați toate subiectele și finalizați toate testele și sarcinile date în materialele educaționale de pe acest site. Pentru a face acest lucru, nu aveți nevoie de nimic, și anume: dedicați trei până la patru ore în fiecare zi pregătirii pentru CT la fizică și matematică, studierii teoriei și rezolvării problemelor. Cert este că CT este un examen în care nu este suficient doar să cunoști fizică sau matematică, trebuie și să poți rezolva rapid și fără eșecuri. un numar mare de sarcini pentru subiecte diferiteși de complexitate variabilă. Acesta din urmă poate fi învățat doar prin rezolvarea a mii de probleme.
2. Învață toate formulele și legile din fizică și formulele și metodele din matematică. De fapt, acest lucru este și foarte simplu de făcut, există doar aproximativ 200 de formule necesare în fizică și chiar puțin mai puțin în matematică. Fiecare dintre aceste subiecte are aproximativ o duzină de metode standard de rezolvare a problemelor nivel de bază dificultăți care pot fi și învățate, și astfel rezolvate complet automat și fără dificultate momentul potrivit majoritatea DH. După aceasta, va trebui să te gândești doar la cele mai dificile sarcini.
3. Participați la toate cele trei etape ale testării de repetiții la fizică și matematică. Fiecare RT poate fi vizitat de două ori pentru a decide asupra ambelor opțiuni. Din nou, pe CT, pe lângă capacitatea de a rezolva rapid și eficient probleme și cunoașterea formulelor și metodelor, trebuie să fiți capabil să planificați corect timpul, să distribuiți forțele și, cel mai important, să completați corect formularul de răspuns, fără confuzând numărul de răspunsuri și probleme sau propriul nume de familie. De asemenea, în timpul RT, este important să te obișnuiești cu stilul de a pune întrebări în probleme, care poate părea foarte neobișnuit pentru o persoană nepregătită de la DT.

Implementarea cu succes, diligentă și responsabilă a acestor trei puncte vă va permite să arătați un rezultat excelent la CT, maximul de care sunteți capabil.

Ați găsit o greșeală?

Dacă credeți că ați găsit o eroare în materiale educaționale, atunci vă rugăm să scrieți despre asta prin e-mail. De asemenea, puteți raporta o eroare către rețea socială(). În scrisoare, indicați subiectul (fizică sau matematică), numele sau numărul subiectului sau testului, numărul problemei sau locul din text (pagină) în care, în opinia dumneavoastră, există o eroare. De asemenea, descrieți care este eroarea suspectată. Scrisoarea dvs. nu va trece neobservată, eroarea fie va fi corectată, fie vi se va explica de ce nu este o eroare.

Mișcarea direcționată a particulelor încărcate într-un câmp electric.

Particulele încărcate pot fi electroni sau ioni (atomi încărcați).

Un atom care a pierdut unul sau mai mulți electroni capătă o sarcină pozitivă. - Anion (ion pozitiv).
Un atom care a câștigat unul sau mai mulți electroni capătă o sarcină negativă. - cation (ion negativ).
Ionii sunt considerați particule mobile încărcate în lichide și gaze.

În metale, purtătorii de sarcină sunt electroni liberi, precum particulele încărcate negativ.

În semiconductori, luăm în considerare mișcarea (mișcarea) electronilor încărcați negativ de la un atom la altul și, ca urmare, mișcarea dintre atomii locurilor libere încărcate pozitiv rezultate - găuri.

In spate sensul curentului electric direcția de mișcare a sarcinilor pozitive este convențional acceptată. Această regulă a fost stabilită cu mult înainte de studiul electronului și rămâne adevărată până în zilele noastre. Intensitatea câmpului electric este de asemenea determinată pentru o sarcină de test pozitivă.

Pentru orice taxa unică qîntr-un câmp electric de intensitate E acte de forta F = qE, care mișcă sarcina în direcția vectorului acestei forțe.

Figura arată că vectorul forță F - = -qE, acționând asupra unei sarcini negative -q, este îndreptată în direcția opusă vectorului intensității câmpului, ca produs al vectorului E la o valoare negativă. În consecință, electronii încărcați negativ, care sunt purtători de sarcină în conductorii metalici, au de fapt o direcție de mișcare opusă vectorului intensității câmpului și direcției general acceptate a curentului electric.

Suma taxei Q= 1 Coulomb s-a deplasat prin secțiunea transversală a conductorului în timp t= 1 secundă, determinată de valoarea curentă eu= 1 Amperi din raportul:

I = Q/t.

Raportul curent eu= 1 Amperi în conductor până la aria secțiunii sale transversale S= 1 m 2 va determina densitatea de curent j= 1 A/m2:

Loc de munca A= 1 Joule cheltuit pentru taxa de transport Q= 1 Pandantivul de la punctul 1 la punctul 2 va determina valoarea tensiune electrică U= 1 Volt ca diferență de potențial φ 1 și φ 2 între aceste puncte din calcul:

U = A/Q = φ 1 - φ 2

Curentul electric poate fi direct sau alternativ.

Curentul continuu este un curent electric a cărui direcție și amploare nu se modifică în timp.

Curentul alternativ este un curent electric a cărui magnitudine și direcție se modifică în timp.

În 1826, fizicianul german Georg Ohm a descoperit o lege importantă a electricității, care determină relația cantitativă dintre curentul electric și proprietățile conductorului, caracterizând capacitatea acestora de a rezista la curent electric.
Aceste proprietăți au început ulterior să fie numite rezistență electrică, notate cu literă Rși măsurată în ohmi în onoarea descoperitorului.
Legea lui Ohm interpretare modernă raportul clasic U/R determină cantitatea de curent electric dintr-un conductor pe baza tensiunii U la capetele acestui conductor și rezistența acestuia R:

Curentul electric în conductori

Conductorii conțin purtători de sarcină liberi, care, sub influența unui câmp electric, se mișcă și creează un curent electric.

În conductoarele metalice, purtătorii de sarcină sunt electroni liberi.
Pe măsură ce temperatura crește, mișcarea termică haotică a atomilor interferează cu mișcarea direcțională a electronilor și crește rezistența conductorului.
Când se răcește și temperatura se apropie de zero absolut, când se oprește mișcarea termică, rezistența metalului tinde spre zero.

Curentul electric din lichide (electroliți) există ca mișcare direcționată a atomilor încărcați (ioni), care se formează în procesul de disociere electrolitică.
Ionii se deplasează către electrozii opuși în semn și sunt neutralizați, așezându-se pe ei. - Electroliza.
Anionii sunt ioni pozitivi. Se deplasează la electrodul negativ - catod.
Cationii sunt ioni negativi. Se deplasează la electrodul pozitiv - anodul.
Legile lui Faraday ale electrolizei determină masa unei substanțe eliberate pe electrozi.
Când este încălzit, rezistența electrolitului scade din cauza creșterii numărului de molecule descompuse în ioni.

Curentul electric în gaze - plasmă. Sarcina electrică este purtată de ioni pozitivi sau negativi și de electroni liberi, care se formează sub influența radiațiilor.

Există un curent electric în vid ca un flux de electroni de la catod la anod. Folosit în dispozitivele cu fascicul de electroni - lămpi.

Curentul electric în semiconductori

Semiconductorii ocupă o poziție intermediară între conductori și dielectrici în ceea ce privește rezistivitatea lor.
O diferență semnificativă între semiconductori și metale poate fi considerată dependența rezistivității lor de temperatură.
Pe măsură ce temperatura scade, rezistența metalelor scade, în timp ce la semiconductori, dimpotrivă, crește.
Pe măsură ce temperatura se apropie de zero absolut, metalele tind să devină supraconductori, iar semiconductori - izolatori.
Ideea este că atunci când zero absolut electronii din semiconductori vor fi ocupați să creeze legături covalente între atomii rețelei cristaline și, în mod ideal, nu vor exista electroni liberi.
Pe măsură ce temperatura crește, unii dintre electronii de valență pot primi energie suficientă pentru a rupe legăturile covalente și electronii liberi vor apărea în cristal, iar locurile libere se formează în locurile ruperii, care sunt numite găuri.
Locul liber poate fi ocupat de un electron de valență dintr-o pereche vecină și gaura se va muta într-un nou loc în cristal.
Când un electron liber întâlnește o gaură, legătura electronică dintre atomii semiconductorului este restabilită și are loc procesul invers - recombinare.
Perechile electron-gaură pot apărea și se pot recombina atunci când un semiconductor este iluminat datorită energiei radiației electromagnetice.
În absența unui câmp electric, electronii și găurile participă la mișcarea termică haotică.
Nu numai electronii liberi rezultați, ci și găurile, care sunt considerate particule încărcate pozitiv, participă la câmpul electric în mișcare ordonată. Actual euîntr-un semiconductor este format din electroni eu n si gaura Ip curenti

Semiconductorii includ: elemente chimice, cum ar fi germaniu, siliciu, seleniu, teluriu, arsen etc. Cel mai comun semiconductor în natură este siliciul.

Comentariile și sugestiile sunt acceptate și binevenite!

" Astăzi vreau să abordez subiectul curentului electric. Ce este? Să încercăm să ne amintim programa școlară.

Curentul electric este mișcarea ordonată a particulelor încărcate într-un conductor

Dacă vă amintiți, pentru ca particulele încărcate să se miște (apare un curent electric), trebuie creat un câmp electric. Pentru a crea un câmp electric, puteți efectua experimente de bază precum frecarea unui mâner de plastic pe lână și va atrage obiecte ușoare pentru o perioadă de timp. Corpurile capabile să atragă obiecte după frecare se numesc electrificate. Putem spune că un corp în această stare are sarcini electrice, iar corpurile în sine sunt numite încărcate. Din programa școlară știm că toate corpurile constau din particule (molecule) minuscule. O moleculă este o particulă dintr-o substanță care poate fi separată de un corp și va avea toate proprietățile inerente acestui corp. Moleculele corpurilor complexe sunt formate din diferite combinații de atomi de corpuri simple. De exemplu, o moleculă de apă este formată din două simple: un atom de oxigen și un atom de hidrogen.

Atomi, neutroni, protoni și electroni - ce sunt aceștia?

La rândul său, un atom este format dintr-un nucleu care se rotește în jurul lui electroni. Fiecare electron dintr-un atom are o mică sarcină electrică. De exemplu, un atom de hidrogen este format dintr-un nucleu cu un electron care se rotește în jurul lui. Nucleul unui atom este format, la rândul său, din protoni și neutroni. Nucleul unui atom, la rândul său, are o sarcină electrică. Protonii care alcătuiesc nucleul au aceleași sarcini electrice și electroni. Dar protonii, spre deosebire de electroni, sunt inactivi, dar masa lor este de multe ori mai mare decât masa electronului. Particula de neutroni care face parte din atom nu are sarcină electrică și este neutră. Electronii care se rotesc în jurul nucleului unui atom și protonii care alcătuiesc nucleul sunt purtători de sarcini electrice de mărime egală. Între un electron și un proton există întotdeauna o forță de atracție reciprocă, iar între electroni înșiși și între protoni există o forță de repulsie reciprocă. Din această cauză, electronul are o sarcină electrică negativă, iar protonul are o sarcină pozitivă. Din aceasta putem concluziona că există 2 tipuri de electricitate: pozitivă și negativă. Prezența particulelor încărcate egal într-un atom duce la faptul că forțele de atracție reciprocă acționează între nucleul încărcat pozitiv al atomului și electronii care se rotesc în jurul lui, ținând atomul împreună într-un întreg. Atomii diferă unul de celălalt prin numărul de neutroni și protoni din nucleele lor, motiv pentru care sarcina pozitivă a nucleelor ​​atomilor de diferite substanțe nu este aceeași. La atomii de substanțe diferite, numărul de electroni rotativi nu este același și este determinat de mărimea sarcinii pozitive a nucleului. Atomii unor substanțe sunt puternic legați de nucleu, în timp ce în altele această legătură poate fi mult mai slabă. Aceasta explică diferitele forțe ale corpului. Sârma de oțel este mult mai rezistentă decât firul de cupru, ceea ce înseamnă că particulele de oțel sunt mai puternic atrase unele de altele decât particulele de cupru. Atractia dintre molecule este vizibila mai ales atunci cand sunt aproape una de alta. Cel mai exemplu strălucitor- două picături de apă se îmbină într-una la contact.

Incarcare electrica

Într-un atom a oricărei substanțe, numărul de electroni care se rotesc în jurul nucleului este egal cu numărul de protoni conținuti în nucleu. Sarcina electrică a unui electron și a unui proton sunt egale ca mărime, ceea ce înseamnă că sarcina negativă a electronilor este egală cu sarcina pozitivă a nucleului. Aceste taxe se anulează reciproc, iar atomul rămâne neutru. Într-un atom, electronii creează un înveliș de electroni în jurul nucleului. Învelișul de electroni și nucleul atomului sunt în mișcare oscilatorie continuă. Când se mișcă, atomii se ciocnesc unii cu alții și unul sau mai mulți electroni sunt emiși din ei. Atomul încetează să mai fie neutru și devine încărcat pozitiv. Deoarece sarcina sa pozitivă a devenit mai mare decât cea negativă (conexiune slabă între electron și nucleu - metal și cărbune). În alte corpuri (lemn și sticlă), învelișurile de electroni nu sunt deteriorate. Odată separați de atomi, electronii liberi se mișcă aleatoriu și pot fi capturați de alți atomi. Procesul aparițiilor și disparițiilor în organism are loc continuu. Odată cu creșterea temperaturii, viteza de mișcare vibrațională a atomilor crește, ciocnirile devin mai frecvente și mai puternice, iar numărul de electroni liberi crește. Cu toate acestea, corpul rămâne neutru din punct de vedere electric, deoarece numărul de electroni și protoni din corp nu se modifică. Dacă o anumită cantitate de electroni liberi este îndepărtată din corp, sarcina pozitivă devine mai mare decât sarcina totală. Corpul va fi încărcat pozitiv și invers. Dacă în organism se creează o lipsă de electroni, atunci acesta este încărcat suplimentar. Dacă există un exces, acesta este negativ. Cu cât această deficiență sau exces este mai mare, cu atât sarcina electrică este mai mare. În primul caz (particule încărcate mai pozitiv), corpurile sunt numite conductoare (metale, soluții apoase de săruri și acizi), iar în al doilea (lipsa de electroni, particule încărcate negativ) dielectrici sau izolatori (chihlimbar, cuarț, ebonită) . Pentru existența continuă a curentului electric, o diferență de potențial trebuie menținută constant în conductor.

Ei bine, cursul scurt de fizică s-a terminat. Cred că, cu ajutorul meu, ți-ai amintit de programa școlară pentru clasa a VII-a și ne vom uita la ce diferență de potențială este în următorul meu articol. Ne revedem pe paginile site-ului.

La întâlnirea de astăzi vom vorbi despre electricitate, care a devenit parte integrantă din civilizație modernă. Energia electrică a invadat toate domeniile vieții noastre. Iar prezența în fiecare casă a aparatelor electrocasnice care folosesc curent electric este o parte atât de naturală și integrantă a vieții de zi cu zi încât o considerăm de la sine înțeles.

Deci, cititorilor noștri li se oferă informații de bază despre curentul electric.

Ce este curentul electric

Curentul electric înseamnă mișcarea direcționată a particulelor încărcate. Substanțele care conțin un număr suficient de sarcini gratuite se numesc conductoare. O colecție de toate dispozitivele conectate între ele folosind fire se numește circuit electric.

ÎN Viata de zi cu zi folosim energie electrică care trece prin conductori metalici. Purtătorii de sarcină din ele sunt electroni liberi.

De obicei se repezi haotic între atomi, dar câmpul electric îi obligă să se miște într-o anumită direcție.

Cum se întâmplă asta

Fluxul de electroni într-un circuit poate fi comparat cu fluxul de apă care cade din nivel inalt prea jos. Rolul nivelului în circuitele electrice este jucat de potențial.

Pentru ca curentul să circule în circuit, trebuie menținută o diferență de potențial constantă la capete, adică. Voltaj.

Este de obicei notat cu litera U și măsurat în volți (B).

Datorită tensiunii aplicate, în circuit se stabilește un câmp electric, care dă electronii mișcare direcțională. Cu cât tensiunea este mai mare, cu atât câmpul electric este mai puternic și, prin urmare, intensitatea fluxului de electroni care se mișcă direcțional.

Viteza de propagare a curentului electric este egală cu viteza de stabilire a unui câmp electric în circuit, adică 300.000 km/s, dar viteza electronilor abia atinge doar câțiva mm pe secundă.

Este în general acceptat că curentul curge dintr-un punct cu un potențial mai mare, adică de la (+) către un punct cu un potențial mai mic, adică către (-). Tensiunea din circuit este menținută de o sursă de curent, cum ar fi o baterie. Semnul (+) la capătul său înseamnă lipsa de electroni, semnul (−) înseamnă excesul acestora, deoarece electronii sunt purtători de sarcină negativă. De îndată ce circuitul cu sursa de curent devine închis, electronii se năpustesc din locul în care există un exces de ei către polul pozitiv al sursei de curent. Calea lor trece prin fire, consumatori, instrumente de măsură și alte elemente de circuit.

Vă rugăm să rețineți că direcția curentului este opusă direcției de mișcare a electronilor.

Pur și simplu, direcția curentului, prin acordul oamenilor de știință, a fost determinată înainte de a fi stabilită natura curentului în metale.

Câteva mărimi care caracterizează curentul electric

Puterea curentă. Sarcina electrică care trece prin secțiunea transversală a unui conductor în 1 secundă se numește puterea curentului. Litera I este folosită pentru a-l desemna și se măsoară în amperi (A).

Rezistenţă. Următoarea cantitate despre care trebuie să știți este rezistența. Apare din cauza ciocnirilor electronilor care se mișcă direcțional cu ionii rețelei cristaline. Ca urmare a unor astfel de ciocniri, electronii transferă o parte din energia lor ionilor. energie kinetică. Ca urmare, conductorul se încălzește și puterea curentului scade. Rezistența este simbolizată de litera R și se măsoară în ohmi (ohmi).

Cu cât conductorul este mai lung și cu cât aria sa transversală este mai mică, cu atât rezistența unui conductor metalic este mai mare. Cu aceeași lungime și diametru al firului, conductoarele din argint, cupru, aur și aluminiu au cea mai mică rezistență. Din motive evidente, în practică se folosesc fire din aluminiu și cupru.

Putere. Când se efectuează calcule pentru circuitele electrice, uneori este necesar să se determine consumul de energie (P).

Pentru a face acest lucru, curentul care curge prin circuit trebuie înmulțit cu tensiunea.

Unitatea de măsură a puterii este watul (W).

Curent continuu și alternativ

Curentul furnizat de diferite baterii și acumulatori este constant. Aceasta înseamnă că puterea curentului într-un astfel de circuit poate fi schimbată în mărime doar prin schimbare căi diferite rezistența sa, iar direcția ei rămâne neschimbată.

Dar Majoritatea aparatelor electrice consumă curent alternativ, adică un curent a cărui mărime și direcție se modifică continuu după o anumită lege.

Este generat în centrale electrice și apoi călătorește prin liniile de transport de înaltă tensiune în casele și afacerile noastre.

În majoritatea țărilor, frecvența schimbărilor în direcția curentului este de 50 Hz, adică are loc de 50 de ori pe secundă. În acest caz, de fiecare dată când puterea curentului crește treptat, atinge un maxim, apoi scade la 0. Apoi acest proces se repetă, dar cu direcția opusă curentului.

În SUA, toate dispozitivele funcționează la o frecvență de 60 Hz. O situație interesantă s-a dezvoltat în Japonia. Acolo, o treime din țară folosește curent alternativ cu o frecvență de 60 Hz, iar restul - 50 Hz.

Atenție - electricitate

Socul electric poate apărea la utilizarea aparatelor electrice și la loviturile de trăsnet, deoarece Corpul uman este un bun conductor de curent. Leziunile electrice sunt adesea cauzate de călcarea pe un fir aflat pe pământ sau împingerea firelor electrice slăbite cu mâinile.

Tensiunea peste 36 V este considerată periculoasă pentru oameni. Dacă un curent de numai 0,05 A trece prin corpul unei persoane, poate provoca contracția musculară involuntară, ceea ce nu va permite persoanei să se desprindă în mod independent de sursa leziunii. Un curent de 0,1 A este letal.

Curentul alternativ este și mai periculos pentru că are un mai mult impact puternic pe persoană. Acest prieten și ajutor de-al nostru se transformă în unele cazuri într-un dușman fără milă, provocând probleme de respirație și de funcționare a inimii, chiar până la un stop cardiac complet. Lasa urme teribile pe corp sub forma unor arsuri severe.

Cum să ajutăm victima? În primul rând, opriți sursa de daune. Și apoi aveți grijă să acordați primul ajutor.

Cunoașterea noastră cu electricitatea se apropie de sfârșit. Să adăugăm doar câteva cuvinte despre creaturi marine, deținând „arme electrice”. Acestea sunt câteva tipuri de pești anghilă de mareși stingray. Cel mai periculos dintre ele este congrul.

Nu ar trebui să înotați până la el la o distanță mai mică de 3 metri. Lovitura lui nu este fatală, dar se poate pierde cunoștința.

Dacă acest mesaj ți-a fost de folos, m-aș bucura să te văd